Volume 1

a [H2] [N2] reag Concentrazione enti [NH3] ti dot pro t1 t0 Tempo Velocità di reazione b V1 V1 = V2 V2 Figura 11.4a. Variazione delle concentrazioni durante la fase di reazione: reagenti prodotti [] concentrazione Figura 11.4b. Velocità di reazione: velocità 1 velocità 2 In questo caso si parla di reazione reversibile che viene comunemente indicata con una doppia freccia, ovvero: 2NH 3 H2 + N2 3 Osserviamo ora cosa avviene nel recipiente di reazione. All inizio della reazione (t0) (Fig. 11.4a), le concentrazioni di H2 e N2 sono massime, la concentrazione di N H3 è nulla perché non è ancora iniziata la reazione. Nel momento t1 notiamo che le concentrazioni dei reagenti sono diminuite, quelle del prodotto sono aumentate perché nel frattempo si sono formate molecole di N H3. Quando il numero di molecole dei prodotti sarà elevato le molecole si scontreranno tra loro e restituiranno i reagenti, quindi la reazione non si concluderà perché nel recipiente rimarranno contemporaneamente molecole di H2, N2 e N H3. Osserviamo ora il grafico relativo alla velocità di reazione 3 H2 + N2 2 N H3 (Fig. 11.4b) All inizio abbiamo solo i reagenti che si trasformano in prodotti, quindi V1 (velocità della Tempo reazione di sintesi) avrà valore massimo e V2 (velocità di reazione di decomposizione) sarà nulla, in seguito diminuisce V1 e aumenta V2. Il processo si stabilizza quando V1 = V2, cioè quando la velocità di sintesi uguaglia la velocità di decomposizione. In questo momento la stessa quantità di reagenti che si scontra a formare i prodotti corrisponde alla medesima quantità di prodotti che si urta per ricostituire i reagenti. Questa condizione è detta di equilibrio dinamico. Esiste un rapporto tra prodotti e reagenti costante quando la reazione raggiunge l equilibrio. Il rapporto costante indicato con K può essere così espresso: Guldberg - Waage K= Oslo - Svezia C.M. Guldberg, 1836 1902 P. Waage, 1833 1900 Chimici/matematici svedesi, importanti le loro ricerche per la termodinamica e per le teorie degli equilibri chimici, da cui la legge dell azione delle masse. Problem solving Perché l acido carbonico (H2CO3) è considerato un acido debole? 152 [NH3 ]2 [H2 ]3[N 2 ] = K eq = Costante di equilibrio Guldberg e Waage riuscirono a rendere generale questo rapporto che è valido per qualsiasi reazione di equilibrio. Effettuando prove per una generica reazione a A + b B c C +d D, si ottiene Keq = [C]c [D]d [A]a [B]b Keq esprime la legge dell azione delle masse (Legge di Guldberg e Waage, 1865). Questo significa che in una reazione allo stato di equilibrio il rapporto tra i prodotti delle concentrazioni dei prodotti elevati al proprio coefficiente stechiometrico e quello delle concentrazioni dei reagenti sempre elevati al proprio coefficiente stechiometrico è costante ad una determinata temperatura.